beneficio de yeso

MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE BENEFICIO DE MINERALES DE YESO

EN INYESA Ltda.

DARIO HUMBERTO QUINTERO INFANTE DIANA KAROLINA VERGEL ROYERO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FISICO-QUIMICAS

ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA BUCARAMANGA

2010

MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE BENEFICIO DE MINERALES DE YESO EN INYESA Ltda.

DARIO HUMBERTO QUINTERO INFANTE DIANA KAROLINA VERGEL ROYERO

Trabajo de grado como requisito para optar al ttulo de Ingeniero Metalrgico

DIRECTOR WALTER PARDAV LIVIA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FISICO-QUIMICAS

ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA BUCARAMANGA

2010

7

DEDICATORIA

Doy infinitas gracias al Todopoderoso, dador de la vida, mi gua, mi fortaleza y luz que ilumina siempre mi camino, por permitirme ser quien soy y darme la posibilidad de alcanzar este y todos los dems logros de mi vida. A mis padres Edgar y Doris por su gran e incansable labor, por su incondicional apoyo, amor e inagotable confianza en cada una de mis decisiones, por ser los mejores amigos y consejeros durante toda esta etapa de mi vida aun en la distancia, por ser la fuente de fortaleza en los momentos que ms lo necesitaba y por haber sido un claro ejemplo en mi vida de dedicacin y tenacidad. Solo a ustedes puedo dedicar este y todos los dems logros de mi vida por haberme concedido el milagro de vida, por haber hecho de m el ser humano que hoy soy, por haber sembrado en mi las ganas de superarme y de salir adelante, por confiar en mis capacidades y porque gracias a ustedes he podido materializar muchos de los sueos y metas de mi vida. A mis hermanitos Mario y Andrea porque a pesar de la distancia siempre sent su respaldo y compaa, por brindarme su apoyo, cario y porque siempre sent de su parte orgullo y felicidad al verme cada vez ms cerca de cruzar la meta.

A mi gran amigo Dario por brindarme su apoyo de manera incondicional durante toda esta etapa de mi vida,, Gracias nene

KAROLINA

8

A Dios y la virgen Mara, gracias por las infinitas bendiciones que le han dado a mi vida, por siempre y en todo momento estar a mi lado y por regalarme las herramientas para hacer posible cada uno mis sueos. A mi madre querida del alma, por brindarme su esfuerzo, su cario, su apoyo, su amor y su confianza, gracias, infinitas gracias por ser la gua en el camino de mi vida. A mi padre, por su esfuerzo y sacrificio, por darme su apoyo y confianza, por su amor y siempre esperar lo mejor de m, gracias, infinitas gracias. A mi hermano, gracias por su cario sincero, le dedico este logro para que descubra que todos los sueos son posibles de alcanzar. A mi nona Mara (E.P.D), por llenar mi vida amor y cario. porque sin ella no seria la persona que soy. A mi to papo (E.P.D), gracias por su infinito amor, por ensearme a entender todos lo conflictos de la vida y aceptar las personas tal y como son. A mi nona Beln, gracias por su apoyo en todo momento, por creer en mis capacidades y llenarme de confianza para alcanzar todas mis metas. A mi amiga Karolina, por su amistad incondicional y cario verdadero, gracias, muchsimas gracias por acompaarme en esta etapa de la vida. A mis familiares y amigos, que siempre han credo en m y me han ayudado en todo momento.

DARIO

9

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecemos de manera conjunta a todas las personas que hicieron

posible el desarrollo de este trabajo

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

A WALTER PARDAV LIVIA, Ingeniero Metalrgico M. Sc., y director de esta

investigacin por haber depositado su confianza en nosotros, por brindarnos su

apoyo, orientacin y respaldo.

A AMBROSIO CARRILLO CARRILLO, Tcnico de la escuela de Ingeniera

Metalrgica por su constante colaboracin, amabilidad, apoyo y por facilitar

muchas de las herramientas requeridas para el desarrollo de este estudio.

A HECTOR JAVIER GAITAN, Tcnico de la escuela metalrgica por su gran

colaboracin.

A INDUSTRIA YESERA SANTANDEREANA INYESA Ltda., por su respaldo y

confianza.

A nuestros amigos Sergio y Laura por su apoyo incondicional en los buenos y

malos momentos vividos en esta etapa de nuestras vidas.

A todas las dems personas que de alguna u otra manera hicieron posible que

esta investigacin sea una realidad.

10

CONTENIDO

PG. INTRODUCCION 20

OBJETIVOS 21

OBJETIVO GENERAL 21

OBJETIVOS ESPECIFICOS 21

1. FUNDAMENTO TEORICO 22

1.1 GENERALIDADES SOBRE EL YESO 22

1.1.1 Variedades mineralgicas 22

1.1.2 Yacimientos 23

1.1.3 Propiedades fsicas y qumicas. 24

1.2 PROCESO GENERAL DE BENEFICIO DE MINERALES DE YESO 26

1.3 DESHIDRATACIN DEL MINERAL DE YESO 28

1.4 CONMINUCIN DE MINERALES DE YESO 29

1.4.1 Mecanismos de conminucin 29

1.4.2 Funcionamiento de un molino de bolas 31

1.5 BENEFICIO DE MINERALES DE YESO EN INDUSTRIA YESERA

SANTANDEREANA INYESA Ltda. 34

1.5.1 Diagrama de bloques del proceso de beneficio de yeso en Inyesa Ltda. 38

2. METODOLOGA EXPERIMENTAL 40

2.1 MUESTREO EN LA PLANTA INDUSTRIAL. 41

2.2 CARACTERIZACION FISICA Y QUIMICA DEL MINERAL. 42

2.2.1 Caracterizacin qumica 43

2.2.2 Caracterizacin fsica 43

2.3 BALANCE DE MATERIALES PARA EL PROCESO ACTUAL DE

BENEFICIO DE YESO EN LA PLANTA INDUSTRIAL INYESA LTDA. 44

2.4 ENSAYOS PRELIMINARES 44

11

2.4.1 Etapa de molienda 44

2.4.2 Etapa de calcinacin 46

2.4.3 Etapa de molienda final. 49

2.5 DESARROLLO DEL DISEO EXPERIMENTAL PARA LAS ETAPAS DE

MOLIENDA, CALCINACION Y MOLIENDA FINAL. 50

2.5.1 Variables de entrada 51

2.5.2 Variables de salida 52

2.5.3 Condiciones operativas constantes diseo experimental 53

2.5.4 Anlisis de resultados del diseo experimental. 56

2.6. PROPUESTA PARA EL PROCESO DE BENEFICIO DE MINERALES

DE YESO. 57

3. RESULTADOS EXPERIMENTALES 58

3.1 CARACTERIZACIN DEL MINERAL. 58

3.1.1 Determinacin del porcentaje de SO3 en las muestras tomadas en la

planta industrial INYESA Ltda. 58

3.1.2 Determinacin de la distribucin granulomtrica de las muestras

tomadas la planta industrial INYESA Ltda. 59

3.2 BALANCE DE MATERIALES DEL PROCESO ACTUAL EN LA PLANTA

INDUSTRIAL INYESA Ltda. 61

3.3 DETERMINACION DE LOS NIVELES DE LAS VARIABLES

INDEPENDIENTES PARA LAS ETAPAS DE MOLIENDA, CALCINACION Y

MOLINDA FINAL A PARTIR DE LAS PRUEBAS PRELIMINARES. 64



3.3.3 Etapa de molienda final 68

3.4 RESULTADOS DEL DISEO EXPERIMENTAL EN PRUEBAS DE

LABORATORIO. 71



12

3.4.3 Etapa de molienda final 80

3.5 PROPUESTA PARA EL PROCESO DE BENEFICIO DE MINERALES DE

YESO. 84

3.5.1 Determinacin del porcentaje de SO3 en las muestras tomadas para el

diseo bsico de planta propuesto. 85

3.5.2 Anlisis granulomtrico de las muestras tomadas para el diseo bsico

de planta propuesto 86

CONCLUSIONES 91

RECOMENDACIONES 93

BIBLIOGRAFIA 94

ANEXOS 98

13

LISTA DE FIGURAS

PG. Figura 1. Mina de La Chorrera yeso ubicada en el municipio de los Santos -

Santander 24

Figura 2. Diagrama de proceso de beneficio de minerales de yeso. 27

Figura 3. Esquema de la accin de esfuerzos de compresin 30

Figura 4. Esquema de la accin de esfuerzos de impacto 30

Figura 5. Esquema de la accin de esfuerzos de impacto 31

Figura 6. Esquema de la accin de esfuerzos de cizalle 31

Figura 7. Movimiento de la carga de un molino operando a velocidad normal. 33

Figura 8a. Planta productora de yeso INYESA Ltda 35

Figura 8b. Horno rotario ubicado en la planta productora de yeso INYESA Ltda. 35

Figura 9. Horno de secado de yeso en INYESA Ltda. 36

Figura 10. Horno de calcinacin de yeso en INYESA Ltda. 37

Figura 11. Diagrama de bloques Inyesa Ltda. 39

Figura 12. Diagrama de flujo para la metodologa experimental. 41

Figura 13. Puntos del circuito de produccin de yeso en INYESA LTDA,

donde se realizo el muestreo. 42

Figura 14. Rotap y serie de tamices. 43

Figura 15. Molino de bolas del laboratorio 46

Figura 16. Mufla tipo D8 del laboratorio 48

Figura 17. Propuesta para el circuito de produccin de yeso y puntos donde

se realiz el muestreo. 57

Figura 18. Distribucin Granulomtrica de la muestra M1. 59

Figura 19. Distribucin Granulomtrica de la muestra M2 y M3 60

Figura 20. Distribucin granulomtrica muestra M4 60

Figura 21. Diseo bsico de planta del proceso actual de beneficio de

minerales de yeso INYESA Ltda 62

14

Figura 22. Variacin del porcentaje de mineral pasante en la malla 100m

(Tyler) respecto al tiempo de molienda. 65

Figura 23. Porcentaje de SO3 Vs. Tiempo de Calcinacin (T= 110C) 67

Figura 24. Porcentaje de SO3 Vs. Temperatura de Calcinacin (t= 30 min). 68

Figura 25. Variacin del porcentaje de mineral pasante en malla 200m Tyler

respecto al tiempo de molienda 70

Figura 26. Mapa de Pareto estandarizado para el % peso (-100m). 73

Figura 27. Diagrama de efectos principales para el %peso (-100m) 74

Figura 28. Muestra de mineral antes y despus de la etapa de calcinacin. 76

Figura 29. Mapa de pareto estandarizado para %SO3 en calcinacin 77

Figura 30. Diagrama de efectos principales para %SO3 en calcinacin. 78

Figura 31. Mapa de Pareto estanadarizado para el %peso (-200m). 81

Figura 32. Diagrama de efectos principales para el %peso (-200m). 82

Figura 33. Triturador cnico del laboratorio 85

Figura 34. Distribucin granulomtrica despues de trituracion P2 y P3 para el

proceso propuesto 87

Figura 35. Distribucin granulomtrica despus de molienda P4 y P5 para el


Figura 36. Distribucin granulomtrica despus de Remolienda P6 para el


Figura 37. Diseo bsico de planta propuesto para el beneficio de minerales de

yeso 89

15

LISTA DE TABLAS

PG.

Tabla 1. Propiedades fsicas del yeso 25

Tabla 2. Composicin qumica del yeso 25

Tabla 3. Clculo de emisiones de material partculado en INYESA Ltda. 38

Tabla 4. Variables y Niveles de variables independientes en la etapa de

molienda. 54

Tabla 5. Combinacin de variables para la etapa de molienda. 54


molienda final. 55

Tabla 7. Combinacin de variables para la etapa de molienda final. 55


calcinacin. 56

Tabla 9. Combinacin de variables para la etapa de calcinacin. 56

Tabla 10. Porcentaje de SO3 para las muestras tomadas en la planta industrial. 58

Tabla 11. Peso y porcentaje de mineral retenido y pasante de la malla 100m

(Tyler) 65

Tabla 12. Porcentaje de SO3 obtenido en el mineral despus de calcinacin a

diferentes tiempos. (T=110C). 67

Tabla 13. Porcentaje de SO3 obtenido en el mineral despus de calcinacin a

diferentes temperaturas. (30 minutos). 68

Tabla 14. Peso y porcentaje de mineral retenido y pasante de la malla 200m

Tyler 69

Tabla 15. % Peso (-100m) obtenido en la etapa de molienda. 71

Tabla 16. Valores adecuados para el %peso (-100m) en etapa de molienda. 75

Tabla 17. Porcentaje de SO3 obtenido en la etapa de calcinacin. 76

Tabla 18. Valores adecuados para %SO3 en etapa de calcinacin. 79

Tabla 19. % peso (-200m) obtenido en la etapa de molienda final. 80

16

Tabla 20. Valores adecuados para %peso (-200m) en la etapa de molienda

final. 83

Tabla 21. Porcentaje de SO3 para las muestras tomadas en el diseo

bsico de planta propuesto para el beneficio de yeso. 86

17

LISTA DE ANEXOS

Pg. ANEXO A. DETERMINACION GRAVIMETRICA DE SO3 EN UN YESO 99

ANEXO B. DISTRIBUCIN DE BOLAS PARA PRUEBAS PRELIMINARES 101

ANEXO C. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DE LA MUESTRA M1 103

ANEXO D. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DE LA MUESTRA M2 Y M3 104

ANEXO E. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DE LA MUESTRA M4 105

ANEXO F. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA MINERAL INICIAL P1

PARA EL PROCESO PROPUESTO 106

ANEXO G. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DESPUES DE

TRITURACION P2 y P3 PARA EL PROCESO PROPUESTO 107

ANEXO H. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DESPUES DE MOLIENDA

P4 y P5 PARA EL PROCESO PROPUESTO 108

ANEXO I. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DESPUES DE

REMOLIENDA P6 PARA EL PROCESO PROPUESTO 109

18

RESUMEN

TITULO: MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE BENEFICIO DE MINERALES DE YESO EN INYESA Ltda*.

AUTORES: DARIO HUMBERTO QUINTERO INFANTE DIANA KAROLINA VERGEL ROYERO** PALABRAS CLAVES: Yeso, molienda, diseo experimental, calcinacin.

DESCRIPCION

Se realiz una propuesta para el establecimiento de condiciones operativas al proceso de beneficio de minerales de yeso llevado a cabo en la planta industrial INYESA Ltda., basado en el estudio de las etapas de molienda, calcinacin y molienda final aplicando tcnicas del diseo experimental con el objetivo de evaluar la incidencia de las variables de entrada sobre las variables de salida. Los ensayos de molienda se realizaron en un molino de bolas y las de calcinacin en una mufla. La etapa de molienda se analiz midiendo el efecto de la carga de bolas, el tiempo de residencia y el tamao de partcula de alimentacin sobre el porcentaje en peso pasante de la malla 100m (Tyler). La etapa de calcinacin se analiz evaluando el efecto del tiempo, temperatura y tamao de partcula en el %SO3 de la muestra. La molienda final se analiz midiendo el efecto de la carga de bolas, el tiempo y tamao de partcula de alimentacin sobre el porcentaje en peso de la malla 200m (Tyler). Se realiz un anlisis granulomtrico por tamizado y determinacin del %SO3 a las muestras tomadas en todo el circuito de beneficio de la planta industrial. Finalmente se provee un diseo bsico de planta con balance de materia y las variables operativas seleccionadas a nivel de laboratorio, que permitiran establecer las condiciones ms favorables para el proceso productivo en la planta industrial.

* Trabajo de Grado ** Facultad de ingenieras Fsico- Qumicas. Escuela de ingeniera Metalrgica. Director: Walter Pardav Livia.

19

ABSTRACT

TITLE: IMPROVING THE PROCESS OF GYPSUM BENEFIT FROM GYPSUM MINERALS IN INYESA SA*. AUTHORS: Dario Humberto Quintero Infante

Diana Karolina Vergel Royero** Key Words: Gypsum, grinding, experimental design, calcination, %SO3

SUMMARY

A proposal was made for the establishment of operating conditions for benefit of minerals process of gypsum, conducted in the industrial plant INYESA Ltd., based on the study of grinding stages, calcination and final grinding applying experimental design techniques to evaluate the impact of input variables on output variables. Grinding tests were conducted in a ball mill and the calcination in an oven. The grinding stage was analyzed by measuring the effect of the ball charge; the residence time and feeding particle size on the percentage by weight passing of the 100m mesh (Tyler). The calcination stage was analyzed by evaluating the effect of time, temperature and particle size in the percentage of SO3 in the sample. The final grinding was analyzed by measuring the effect of the ball charge, time and feed particle size on the percentage by weight passing of the 200m mesh (Tyler). Particle size analysis was performed by sieving and determination of SO3 percentage (%SO3), to samples taken at all stages of the benefit process of the industrial plant. Finally, it provides a basic design of plant with material balance and operating variables selected in the laboratory, which would establish the most favorable conditions for the production process in the plant.

* Work of Degree ** Faculty of engineerings Physicist - Chemistries. School of Metallurgical engineering. The director: Walter Pardav Livia.

20

INTRODUCCION

El beneficio de minerales de yeso es un proceso de enriquecimiento del SO3

conformado por diversas etapas de operaciones unitarias en donde se encuentran

incluidas variables operativas que afectan la eficiencia de cada operacin, por lo

cual es muy importante identificar y conocer las variables que permitan lograr un

mejor aprovechamiento a lo largo del proceso de produccin y as evitar prdidas

significativas en el beneficio de este tipo de minerales.

El estudio de los procesos de beneficio de yeso permite conocer y analizar el

comportamiento de cada una de las variables operativas que controlan las etapas

del beneficio del mineral, por lo que sto se convierte en una herramienta til para

determinar cules son las condiciones de operacin que permiten obtener mayor

eficiencia en el proceso.

La importancia del conocimiento de las variables que controlan los procesos radica

en que una vez determinadas, es posible ejercer control sobre stas y de esta

manera hacer ms eficaz el proceso productivo.

En esta investigacin se pretende realizar un estudio del proceso de beneficio de

minerales de yeso llevado a cabo en la planta industrial Santandereana INYESA

Ltda., con el fin de identificar las variables operativas que tienen el efecto ms

significativo dentro del proceso productivo y de esta manera ejercer control sobre

las condiciones operativas del proceso. Adems proponer un diseo bsico de

planta del proceso de beneficio de yeso, con variables de operacin plenamente

identificada y definida, buscando obtener productos de mejor calidad y con ello

propender por una mejor tecnologa y productividad del yeso en la planta industrial

INYESA Ltda.

21

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Proponer condiciones operativas para el proceso de beneficio de minerales de

yeso en INYESA Ltda, seleccionando variables operativas mediante aplicacin

del diseo de experimentos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Analizar el efecto de las variables independientes sobre la variable respuesta

obtenidos en el diseo experimental para las etapas de molienda, calcinacin y

remolienda con ayuda del paquete estadstico STATGRAPHICS.

Proponer condiciones operativas para el proceso de beneficio de minerales de yeso en INYESA Ltda.

Realizar un diseo bsico de planta con balance de materiales para el circuito actual del proceso de beneficio de minerales de yeso en INYESA Ltda.

Proponer un diseo bsico de planta con balance de materiales para el circuito de beneficio de minerales de yeso.

22

1. FUNDAMENTO TEORICO

1.1 GENERALIDADES SOBRE EL YESO

Se da el nombre de yeso a un mineral constituido por sulfato de calcio que incluye

en los retculos de sus cristales monoclnicos dos molculas de agua de

cristalizacin, cuya frmula es CaSO4*2(H2O). Se encuentra abundantemente en

la naturaleza en gran variedad de formas y colores, dependiendo de su pureza y

de su formacin geolgica.

Las principales impurezas que contienen los minerales de yeso son los carbonatos

de Calcio y Magnesio y los xidos de Hierro y Aluminio.

1.1.1 Variedades mineralgicas

En la naturaleza existen diferentes variedades o tipos de yeso:

Yeso masivo o roca de yeso: Es la variedad ms comn. Cuando se encuentra puro es blanco, pero comnmente presente coloraciones en rosado, azul,

amarillo, gris, etc. Cuando presenta grano fino y se presta para ser tallado, se

llama Alabastro.

Selenita: es una forma de yeso en cristales. La selenita pura es incolora y transparente.

Espato Satinado o yeso fibroso: puede ser de color blanco o rosado y en ocasiones amarillo. Casi nunca se encuentra grandes depsitos. Se presenta a

veces dentro del Yeso masivo.1

1 DAZA, Imelda. Minera del yeso en Colombia. Bogot, Ministerio de Minas Y Petrleos 1972.

23

1.1.2 Yacimientos El yeso es un mineral localizado frecuentemente en las rocas sedimentarias que la

mayora de veces forma capas delgadas, ubicadas generalmente bajo depsitos

de sal, por haber sido uno de los primeros minerales que cristalizaron por

evaporacin de aguas salinas. Se halla en regiones volcnicas especialmente si

las calizas han sido afectadas por vapores sulfurosos. Se encuentra asociado

habitualmente a minerales como la halita, anhidrita, calcita, azufre, pirita y cuarzo. 2

Existen grandes depsitos de yeso en muchos lugares del mundo, en Colombia

posee variedades mineralgicas de este mineral en yacimientos ubicados en

Santander, Tolima, Cundinamarca, Boyac y La Guajira.

En Santander los minerales de yeso tienen una distribucin restringida y se

presenta en las variedades de selenita, yeso fibroso o espato satinado dentro de la

Formacin Paja. El yeso gris est contenido en los estratos inferiores de la

Formacin Rosa Blanca de donde proviene la totalidad de produccin de

Santander, que es el principal productor de yeso en el pas, con una produccin

anual que vara entre 100.000 y 150.000 toneladas, la cual suple en gran

porcentaje las necesidades de la industria cementera del pas.

En los depsitos de Los Santos y Villanueva Santander, en lo correspondiente al

Aporte 019 de Mineralco, se han calculado reservas inferidas de 160 millones de

toneladas, reservas indicadas de 35 millones de toneladas, reservas medidas de

20 millones de toneladas y tambin han sido medidos 2,4 millones de toneladas de

yeso tierra (granulado), segn Mendoza y Riao (1994-1995). En 1994 la

2 JAMES DWIGHT, Dana. HURLBUT S, Cornelius. Manual de mineraloga. Barcelona. Reverte. 1962. 2 Edicin.

24

produccin de yeso en Santander fue de 161.400 toneladas; de stas, 89.400 son

de Los Santos, 48.000 de Villanueva y 24.000 de Zapatoca.3

Figura 1. Mina de La Chorrera yeso ubicada en el municipio de los Santos - Santander

Fuente: Autores del proyecto.

1.1.3 Propiedades fsicas y qumicas. La tabla 1 presenta las propiedades fsicas del yeso y la tabla 2 muestra la

composicin general del yeso.

3 MAPA GEOLGICO GENERALIZADO DEPARTAMENTO DE SANTANDER, Instituto de investigacin e informacin geocientfica, minero-ambiental y nuclear, INGEOMINAS, 2000.

25

Tabla 1. Propiedades fsicas del yeso

Brillo Generalmente Vtreo; tambin perlado y sedoso.

Color Incoloro, blanco, gris; diversas tonalidades de amarillento, rojizo, castao como consecuencia de impurezas.

Densidad 2.32 g/cm3

Transparencia Transparente a traslucido.

Dureza 2 (puede ser rallado con la ua).

Fractura Fibrosa paralela a (011)

Exfoliacin En 4 direcciones; perfecta paralela a (010), con produccin fcil de hojas delgadas; con superficie concoidea paralela a (100).

Fuente: JAMES DWIGHT, Dana. HURLBUT S, Cornelius. Manual de mineraloga. Barcelona. Reverte. 1962. 2 Edicin.

Tabla 2. Composicin qumica del yeso

Peso molecular 172,17 g/mol

Ca 23.28% CaO 32.57%

H 2.34% H2O 20.93%

S 18.62% SO3 46.5%

O 55.76%

Composicin

Total 100%

Total 100%

Formula emprica CaSO4*2H2O

Nombre del compuesto Sulfato clcico hidratado Fuente: JAMES DWIGHT, Dana. HURLBUT S, Cornelius. Manual de mineraloga. Barcelona. Reverte.

1962. 2 Edicin.

26

Es importante resaltar que el sulfato clcico hidratado es insoluble en agua (0,223

g por 100g a 0C y 0,25g por 100 g a 50C). Soluble en cidos, sales de amonio y

cloruro de sodio.4

1.2 PROCESO GENERAL DE BENEFICIO DE MINERALES DE YESO

A nivel industrial el beneficio de minerales de yeso se realiza por medio de

extraccin directa de diversas rocas de yeso en minas o canteras y est basado

en el enriquecimiento del porcentaje de SO3 del mineral extrado.

La calidad y propiedades del producto obtenido, dependen del control que se

tenga sobre las variables de operacin en cada una de las etapas del proceso de

produccin, por ello es importante tener en cuenta aspectos como la calidad y

composicin de la materia prima, el grado de seleccin realizado, mtodo

empleado para la calcinacin del mineral as como temperatura y tiempo del

mismo, la calidad en los procesos de molienda, cribado y la verificacin de la

calidad en el producto final.

La figura 2 muestra un diagrama de flujo generalizado de una planta productora de

yeso.

4 W. L. Faith, KEYES B., L, Ronald Clark. Industrial Chemicals. John Wiley & Sons, III Edition 1966.

27

Figura 2. Diagrama de proceso de beneficio de minerales de yeso.

Fuente: Handbook Of Mineral Dressing; Ores And Indsutrial Mineral. Taggart,Arthur F. New York:

Jhon Wiley,1945.

La fase de trituracin es el primer proceso de conminucin donde el mineral

proveniente de la mina, es reducido a un tamao aproximado de a 1 pulg. Para

realizar esta reduccin de tamao en el mineral existen diversos mtodos, tales

como: aplastamiento, percusin, abrasin, disminucin de presin interna, fuerzas

ultrasnicas. De los cuales el ms recomendado es el de percusin, el cual se

realiza en trituradoras de mandbulas o molinos de impacto. Una vez finalizada la

trituracin el mineral es llevado a la segunda etapa.

La fase de cribado comprende la clasificacin por tamaos del mineral proveniente

de la fase anterior, los gruesos de mineral regresan a la fase anterior hasta lograr

el tamao requerido, los finos pasan a una segunda etapa de cribado.

Posteriormente el mineral pasa a una segunda etapa de trituracin, que

generalmente se realiza en molinos de bolas o martillos. El mineral obtenido es

llevado hasta la etapa siguiente a travs una cinta transportadora.

Durante la calcinacin el mineral es sometido a la accin del calor con el fin lograr

la deshidratacin parcial del mismo, por ello es importante tener un control estricto

sobre las condiciones operativas con el fin de garantizar la calidad del producto

28

final. Generalmente los hornos utilizados para este proceso pueden ser verticales

u horizontales y estos a su vez fijos o rotarios.

Se realiza un proceso de molienda del mineral calcinado hasta obtener el tamao

adecuado para la comercializacin. Luego el producto es llevado a travs de un

elevador hasta la maquina empacadora. De esta manera se obtiene el yeso

comercial.

1.3 DESHIDRATACIN DEL MINERAL DE YESO

Cuando el mineral de yeso se encuentra sometido a rangos de temperatura entre

120C a 160C, ocurre la deshidratacin parcial del mineral, dando lugar a la

transformacin de sulfato clcico hidratado a hemihidratado, como consecuencia

de la prdida de 1 molculas de agua. La reaccin que describe dicha

transformacin es:

CaSO4*2H2O CaSO4*1/2H2O + 3/2H2O (1)

Luego de la deshidratacin parcial del mineral de yeso, este presenta una gran

tendencia a la absorcin de agua, la reaccin de hidratacin es la siguiente:

CaSO4*1/2H2O + 3/2H2O CaSO4*2H2O (2)

Se puede observar que la reaccin de hidratacin es exotrmica.

Al seguir aumentando la temperatura de calcinacin hasta 190C

aproximadamente, ocurre la deshidratacin completa del mineral de yeso,

formndose un compuesto conocido como sal anhidrita (CaSO4):

29

CaSO4*2H2O CaSO4 + 2H2O (3)

1.4 CONMINUCIN DE MINERALES DE YESO

La conminucin es un proceso que implica la reduccin de tamao de un mineral y

el cual puede ocurrir por diferentes mecanismos de fractura. Los equipos

empleados para esta reduccin pueden ser trituradoras, molinos de impacto, de

rodillos o molinos rotatorios.

Las primeras etapas de conminucin se llevan a cabo con el fin de facilitar el

manejo del mineral proveniente del yacimiento y luego, en las etapas sucesivas,

se busca entre otras cosas, incrementar el rea superficial por unidad de masa

para ayudar a que algunos procesos fsico-qumicos sean ms eficientes u obtener

un tamao de partcula adecuado en el producto final.

Para estas ltimas etapas se emplean frecuentemente molinos rotatorios los

cuales pueden utilizar diversos medios moledores que se con ayuda del

movimiento del cilindro fracturan las partculas de mineral a travs de la

combinacin de mecanismos. Adems los molinos rotatorios poseen una forma

cilndrica que les permite rotar en torno a su eje horizontal y es posible proveer

condiciones especficas para la operacin de molienda modificando factores como

la velocidad de operacin, el tipo de revestimiento, la forma y el tamao de los

medios de molienda.

1.4.1 Mecanismos de conminucin La fragmentacin de las partculas minerales durante la reduccin de tamao

ocurre por un proceso de deformacin no homogneo, que implica diferentes

mecanismos de fractura como son:

30

Compresin: ocurre por aplicacin de esfuerzos de compresin lentos en maquinas donde hay una superficie fija y otra mvil que da origen a la

formacin de partculas finas y gruesas. (Ver figura 3)

Figura 3. Esquema de la accin de esfuerzos de compresin

Fuente. TAPIA QUEZADA, Jaime. Preparacin Mecnica de Minerales Universidad Arturo Prat

Iquique Chile Ingeniera en Metalurgia Extractiva

Impacto: ocurre por aplicacin de esfuerzos de compresin rpidos y la energa suministrada excede la necesaria para fracturar la partcula dando

lugar a un amplio rango de tamaos.(Ver figura 4)

Figura 4. Esquema de la accin de esfuerzos de impacto



Abrasin: ocurre cuando la energa aplicada es insuficiente para producir quiebre en la partcula produciendo fractura localizada. dando como resultado

una distribucin de partculas de tamao casi igual al original y partculas muy

finas. (Ver figura 5)

31

Figura 5. Esquema de la accin de esfuerzos de impacto



Cizalle: ocurre como un esfuerzo secundario al aplicar esfuerzos de compresin e impacto, produce gran cantidad de finos.(Ver figura 6)

Figura 6. Esquema de la accin de esfuerzos de cizalle

Fuente: RIVERA ZEBALLOS, Juan H. Compendio de conminucin. Editorial Consejo Nacional De

Ciencia y Tecnologa - CONCYTEC. Lima - Per. 2003.

Astillamiento: ruptura de los bordes de una partcula causada por la aplicacin de esfuerzos.

1.4.2 Funcionamiento de un molino de bolas Es un molino rotatorio el cual utiliza como medios moledores bolas de acero de

diferentes dimetros, de distinta dureza y composicin, la cantidad de bolas

adicionadas puede ser expresada como un porcentaje del volumen til del molino.

Al iniciar el movimiento rotatorio del molino el mineral y las bolas son elevados

hasta una altura determinada de donde caen y golpean el mineral entre ellas y

32

contra los revestimientos interiores. Esto se repite sucesivamente hasta que se

logra una reduccin en el tamao del mineral.

Pueden ocurrir diversos fenmenos que permiten la fractura y desintegracin del

mineral. En primer lugar un impacto masivo que ocasiona desintegracin completa

de las partculas, tambin pueden ocurrir golpes que puede astillar las esquinas y

friccin que produce desgaste en la superficies (abrasin).

A velocidades bajas de rotacin las bolas tendrn una accin de volteo

relativamente suave, presentando una tendencia en la masa de las bolas a ser

levantadas por la accin de rotacin las paredes del molino y deslizarse hacia

atrs como una masa compacta.

Al aumentar la velocidad, aumenta tambin la accin del volteo y el lecho aparece

como una superficie inclinada de la cual emergen bolas que giraran hacia abajo y

que vuelven a tener contacto con la superficie, creando colisin con las dems

bolas; de esta manera se inducen esfuerzos en las partculas.

El lecho esta en un estado de cascada cuando existe una velocidad de rotacin

ms alta; habr una mayor cantidad de bolas elevadas desde la superficie hasta lo

alto del molino formndose as una catarata de bolas.(ver figura 7)

33

Figura 7. Movimiento de la carga de un molino operando a velocidad normal.

Fuente. TAPIA QUEZADA, Jaime. Preparacin Mecnica de Minerales Universidad Arturo Prat Iquique Chile Ingeniera en Metalurgia Extractiva

La accin de volteo de las bolas dentro del molino y la velocidad de fractura del

mineral depender de la proporcin del volumen del molino que se encuentre

ocupado con bolas. Esta fraccin volumtrica de llenado de bolas denominada J,

puede ser expresada convencionalmente como la fraccin del molino lleno por el

lecho de bolas en reposo y esta dado por:

m

b

b

V

m

J )1( = (4)

Donde:

bm = Masa de bolas en el molino (Tm)

= Porosidad nominal del lecho b = Densidad aparente del lecho (Tm/m3) mV = Volumen del molino (m

3)

34

Para efectos de clculos el valor promedio de porosidad nominal del lecho es 0.4

y una densidad aparente del lecho de 4.70 Tm/m3.5

1.5 BENEFICIO DE MINERALES DE YESO EN INDUSTRIA YESERA SANTANDEREANA INYESA Ltda.

INYESA LTDA es una empresa santandereana, ubicada en el norte de la ciudad

de Bucaramanga en la carretera al caf Madrid (Ver figura 8a y 8b). Esta empresa

se dedica a la produccin de yeso blanco y gris o estuco a partir de minerales de

yeso, molienda del caoln a partir de la piedra y la pulverizacin de cal.

Utiliza como materia prima para la fabricacin de yeso los minerales de yeso o

yeso crudo, cuyo componente principal es el sulfato de calcio dihidratado

(CaSO4*2H2O), extrada en su estado natural de minas o canteras. El consumo

mensual de esta materia prima es de 187 toneladas por mes y con una eficiencia

del proceso del 85% aproximadamente, la cantidad de toneladas producidas al

mes es de 160 aproximadamente.

En lNYESA Ltda. el beneficio de minerales de yeso comprende bsicamente 5

etapas, a saber: secado, molienda, calcinacin, remolienda y embalaje.

5 RIVERA ZEBALLOS, Juan H. Compendio de conminucin. Editorial Consejo Nacional De Ciencia y Tecnologa - CONCYTEC. Lima - Per. 2003.

35

Figura 8a. Planta productora de yeso INYESA Ltda

Fuente: Autores del proyecto

Figura 8b. Horno rotario ubicado en la planta productora de yeso INYESA Ltda.


Secado: el yeso se somete a una etapa previa de secado en un horno rotatorio de flujo de continuo con capacidad de 2 Ton/h durante 15 minutos para retirar

el exceso de humedad. El horno cuenta con un quemador de gas natural de

300000 Btu/h , un motorreductor acoplado de 10HP, rpm=1,667. Las

temperaturas del horno de secado fueron medidas durante el desarrollo de

esta investigacin con ayuda de un pirmetro ptico ubicado en el laboratorio

de biomateriales de la Universidad Industrial de Santander se midieron las

36

temperaturas T1, T2 y T3 (Ver figura 9) del horno de secado de INYESA Ltda.,

las cuales corresponden a 55C, 150C y 210C respectivamente. Las

dimensiones del horno son 7 m de longitud y 63 cm de dimetro.

Figura 9. Horno de secado de yeso en INYESA Ltda.


Molienda: Despus del proceso de secado, el yeso pasa a un molino de martillos (24HP a 3600rpm y transmisin por correas) El producto de la

molienda es llevado a la siguiente etapa mediante un elevador de cangilones

que tiene un motor de 3HP y transmisin por correas. Esta etapa se realiza en

un molino de capacidad de 3 Tn/h.

Calcinacin: se realiza durante 45 minutos en un horno rotatorio de flujo continuo con quemador de gas natural de 700000 Btu/h (motorreductor 5Hp).

En esta etapa es retirada parte de la humedad del mineral, ocurriendo una

reaccin de deshidratacin en donde el sulfato de calcio dihidratado pasa a ser

semihidratado (CaSO41/2H2O). El producto de la calcinacin es llevado a la

etapa posterior mediante un elevador de cangilones, que tiene un motor de

3HP y transmisin por correas. Las temperaturas del horno de calcinacin

fueron medidas durante el desarrollo de esta investigacin con ayuda de un

pirmetro ptico ubicado en el laboratorio de biomateriales de la Universidad

Industrial de Santander se midieron las temperaturas T1, T2 y T3 (Ver figura

37

10) del horno de calcinacin de INYESA Ltda., las cuales corresponden a

300C, 130C y 100C respectivamente. Las dimensiones del horno son 11m

de longitud y 76 cm de dimetro.

Figura 10. Horno de calcinacin de yeso en INYESA Ltda.


Molienda final: En esta etapa el mineral calcinado, es llevado hasta un tamao adecuado para su posterior comercializacin, esta etapa se realiza en

un molino de martillos de 30 HP y 3600 rpm.

Empacado: El producto terminado se empaca en bolsas de papel de 25 Kg mediante procedimiento manual. El operador dosifica el producto en la bolsa

hasta que la bascula registra el valor exacto del peso, posteriormente se sella

con una cosedora manual.6

Las emisiones del proceso se resumen en la tabla 3 y se encuentran ubicadas en

el figura 31 que describe el proceso actual de beneficio de yeso en la planta

industrial. Los clculos de emisiones se elaboraron teniendo en cuenta factores de

emisin reportados por EPA (Environmental Protection Agency) y el inventario de

emisiones atmosfricas realizado por la CORINAIR (European Environmental

Agency). 6 Solicitud de permisos de emisin atmosfrica industria yesera santandereana INYESA Ltda. Bucaramanga 2004.

38

Tabla 3. Clculo de emisiones de material partculado en INYESA Ltda.

OPERACIN

EMISIN

FACTOR DE EMISIN (Kg Emisin/ Tn de alimentacin)

FUENTE

Transporte de mineral E-1 0,53 EPA

Secado E-2 0,02 EPA

Molienda E-3 0,06 EPA

Transporte molino- horno calcinador

E-4 0,15 CORINAIR

Calcinacin E-5 1,4 CORINAIR

Transporte horno-molino

E-6 0,15 CORINAIR

Molienda final E-7 0,01 EPA

Embalaje E-8 0,04 EPA

Fuente: Solicitud de permisos de emisin atmosfrica industria yesera santandereana INYESA

Ltda. Bucaramanga 2004

1.5.1 Diagrama de bloques del proceso de beneficio de yeso en Inyesa Ltda. El proceso de beneficio de minerales de yeso en Inyesa Ltda., esta descrito por la

figura 11, en donde se presentan cada una de las etapas realizadas y el orden

respectivo de las mismas.

39

Figura 11. Diagrama de bloques Inyesa Ltda.


40

2. METODOLOGA EXPERIMENTAL

En este captulo se presenta la metodologa utilizada para el desarrollo del

presente proyecto, la cual comprende las siguientes fases (Ver figura 12).

Revisin y anlisis de la bibliografa consultada. Muestreo en la planta industrial de INYESA Ltda. Caracterizacin de muestras

Determinacin de porcentaje de SO3.

Anlisis granulomtrico.

Pruebas preliminares del beneficio en el mineral de yeso (molienda, calcinacin y remolienda).

Seleccin de los niveles ms adecuados de las variables independientes en las etapas de molienda, calcinacin y remolienda para el desarrollo del diseo

experimental.

Desarrollo del diseo experimental para las etapas de molienda, calcinacin y molienda final con los niveles seleccionados de las variables independientes.

Balance de materiales para el proceso actual de beneficio de minerales de yeso en INYESA Ltda.

Diseo bsico de planta del beneficio de minerales de yeso simulado a nivel de laboratorio con las condiciones operativas seleccionadas de los resultados

obtenidos en el diseo experimental.

Elaboracin y presentacin del informe final.

41

Figura 12. Diagrama de flujo para la metodologa experimental.


2.1 MUESTREO EN LA PLANTA INDUSTRIAL.

En esta etapa se visit la planta industrial de INYESA Ltda para realizar el

muestreo en las diferentes etapas del proceso de produccin de yeso. Se tomaron

muestras en 4 puntos dentro del circuito, la primera muestra fue tomada del

mineral proveniente de la mina, la segunda despus de la etapa de molienda, la

42

tercera despus de la calcinacin y la ultima al producto final. Las muestras se

denominaron como M1, M2, M3 y M4 respectivamente. Todas las muestras fueron

sometidas a anlisis fsico (distribucin granulomtrica) y qumico (determinacin

del porcentaje de SO3). Las muestras tomadas fueron utilizadas para la realizacin

de las pruebas preliminares y de los ensayos del diseo experimental. La figura 13

muestra los 4 puntos del circuito en los cuales se realiz el muestreo. El peso de

muestra tomado en cada uno de los puntos del circuito fu de aproximadamente 5

kilogramos. Durante esta etapa se tomaron las temperaturas de los hornos de

secado y calcinacin en la planta industrial.

Figura 13. Puntos del circuito de produccin de yeso en INYESA LTDA, donde se realizo el muestreo.


2.2 CARACTERIZACION FISICA Y QUIMICA DEL MINERAL.

La caracterizacin del mineral de yeso se realizo con el fin de conocer la

composicin qumica y propiedades fsicas de la muestra inicial (M1).

43

Adems se realiz el mismo anlisis para las dems muestras tomadas en los

diferentes puntos del circuito, indicados en la figura 11: M2, M3 y M4.

2.2.1 Caracterizacin qumica Se determino el porcentaje de SO3 presente en cada una de las muestras,

siguiendo el procedimiento descrito en el anexo A (Determinacin gravimtrica de

SO3 en una muestra de yeso).

2.2.2 Caracterizacin fsica Se realizo el anlisis de la distribucin granulomtrica de cada una de las

muestras, para esto se tomo una muestra de 200 gramos y se utiliz una serie de

tamices estndar Tyler conformada por los tamices N 10m, 20m, 35m, 50m,

100m, 140m y 200m. Para el anlisis granulomtrico se utilizo el Rotap ubicado en

la planta de acero UIS (ver figura 14).

Figura 14. Rotap y serie de tamices.


44

2.3 BALANCE DE MATERIALES PARA EL PROCESO ACTUAL DE BENEFICIO DE YESO EN LA PLANTA INDUSTRIAL INYESA LTDA.

El balance de materiales de la planta industrial ser realiz con base en el

conocimiento del proceso de beneficio de yeso llevado a cabo en la planta

industrial, teniendo en cuenta las condiciones operativas a las cuales se realizan

cada una de las etapas. Adems se utilizaron los resultados obtenidos en la

caracterizacin de las diferentes muestras tomadas en los puntos del circuito de la

empresa con el fin de conocer las propiedades fsicas y qumicas del mineral a

estudiar (Ver figura 13). Tambin se tuvieron en cuenta las emisiones del proceso

(Ver tabla 3) y las prdidas de mineral por las accin del calor. Estas ltimas

fueron denominadas Pc y fueron calculadas en el laboratorio por gravimetra.

2.4 ENSAYOS PRELIMINARES Con el propsito de determinar el nivel ms adecuado para las variables de

entrada utilizadas en el diseo experimental, se desarrollaron pruebas

preliminares en cada una de las etapas a estudiar que son: Molienda, Calcinacin

y molienda final.

El procedimiento para la seleccin de los niveles de las variables independientes

en las etapas de molienda, calcinacin y molienda final se encuentran a

continuacin:

2.4.1 Etapa de molienda Los niveles de las variables a determinar son el tiempo de molienda, dimetro de

partcula y carga de bolas del molino. Las pruebas preliminares de molienda se

desarrollaron en las siguientes fases:

45

2.4.1.1 Tiempo de molienda. Este ensayo se realiz para determinar el efecto que tiene el tiempo de molienda sobre la variable respuesta: % peso de -100m

(Tyler), utilizando diferentes tiempos de molienda en progresin geomtrica (0,1,

2, 4, 8,16 y 32 minutos) empleando una muestra de mineral (M1) cuya distribucin

granulomtrica se encuentra en el anexo C. Se mantuvieron constantes

parmetros como carga de bolas= 7% del volumen total del molino (distribucin de

bolas ver Anexo B) debido a que este valor corresponde al promedio de las

cargas de bolas empleadas en el diseo experimental de las etapas de

conminucin, peso de las muestras= 200 gramos y rpm del molino= 1725.

De los resultados obtenidos en este ensayo se tomaron los tiempos que se

utilizaran en el diseo experimental para la etapa de molienda.

Procedimiento de operacin para la determinacin de los tiempos de molienda empleados en el diseo experimental de esta etapa.

Para cada uno de los ensayos se tomo una muestra (M1) de 200 gramos, luego

con las condiciones operativas constantes y variables ya establecidas se realiz el

proceso de conminucin. Este proceso de conminucin se realiz en el molino de bolas (Ver figura 15) ubicado en la planta de aceros de la UIS. Para analizar el

comportamiento de la variable respuesta se realiz un anlisis granulomtrico de

la muestra final, utilizando nicamente la malla 100m (Tyler) con el fin de

determinar la cantidad de mineral retenido y pasante en dicha malla. Solo se

empleo una malla teniendo en cuenta las condiciones operativas y econmicas de

la empresa, en donde no existe la posibilidad de adquirir una serie de tamices ni

tampoco un Rotap para realizar un anlisis granulomtrico detallado del producto

de molienda. Posteriormente se realizo un anlisis de los resultados obtenidos.

46

Figura 15. Molino de bolas del laboratorio


2.4.1.2 Intervalo de tamaos de partcula. Para la determinacin de los niveles de esta variable, se realiz el anlisis granulomtrico de la muestra M1 (Ver anexo

C). El anlisis granulomtrico se realiz con muestras de 200 gramos y se utilizo el

Rotap y serie de tamices estndar Tyler ASTM conformada por los tamices N

10m, 20m, 35m, 50m, 100m, 140m y 200m (Ver figura 14) ubicado en la planta de

aceros de la UIS, siguiendo las recomendaciones dadas por la norma ASTM

D422. 7

2.4.1.3 Carga de bolas. La seleccin de los niveles para esta variable, se realizo basndose en la bibliografa estudiada, la cual recomienda que las bolas

empleadas no sean de un dimetro nico sino que correspondan a una familia de

dimetros de las bolas. Adems se tuvo en cuenta los dimetros de bolas

disponibles en el laboratorio para el desarrollo de las pruebas preliminares y el

diseo experimental.

2.4.2 Etapa de calcinacin Los niveles de las variables a determinar son el tiempo, temperatura y dimetro de

partcula. Para la determinacin de estos niveles se realizaron las siguientes

fases:

7 ASTM D422- 63 (2007). STANDARD TEST METHOD FOR PARTICLE- SIZE ANALYSIS OF SOILS.

47


D). Este se realiz con muestras de 200 gramos y se utilizo el Rotap y serie de


100m, 140m y 200m (Ver figura 14) ubicado en la planta de aceros de la UIS,

siguiendo las recomendaciones dadas por la norma ASTM D422.7

2.4.2.2 Determinacin de tiempo de calcinacin. Este ensayo se realiz para determinar el efecto que tiene el tiempo de calcinacin sobre la variable respuesta:

%SO3, utilizando diferentes tiempos de calcinacin (0, 20, 30,40 y 50 minutos)

empleando una muestra de mineral (M2) cuya distribucin granulomtrica se

encuentra en el anexo D. Se mantuvieron constantes parmetros como peso de la

muestras=200 gramos, temperatura=110C, la cual permite la transformacin de

yeso dihidrato (CaSO4* 2H2O) a hemihidratado (CaSO4* H2O). De los resultados

obtenidos en este ensayo se tomaron los tiempos empleados para el diseo

experimental de la etapa de calcinacin.

Procedimiento de operacin para la determinacin de los tiempos de calcinacin empleados en el diseo experimental de esta etapa.

Para cada uno de los ensayos se tomo una muestra (M2) de 30 gramos, luego con

las condiciones operativas constantes y las variables ya establecidas se realiz el

proceso de calcinacin. Los ensayos se realizaron en una mufla tipo D8 (ver figura 16), ubicada en el laboratorio de Pirometalurgia de la Universidad Industrial de

Santander. Para analizar el comportamiento de la variable respuesta se realiz un

anlisis del porcentaje de SO3 de cada una de las muestras obtenidas, siguiendo

los pasos indicados por la marcha para determinacin gravimtrica del porcentaje

de SO3 en una muestra de yeso. (Ver anexo A), con el fin observar la cantidad de

sulfato obtenido a diferentes tiempos de calcinacin.

48

Figura 16. Mufla tipo D8 del laboratorio


2.4.2.3 Temperatura de calcinacin. Este ensayo se realiz para determinar el efecto que tiene la temperatura de calcinacin sobre la variable respuesta: %SO3,

utilizando diferentes temperaturas de calcinacin (25, 100, 120,140C)

manteniendo constantes los dems variables: granulometra (Ver anexo D), peso

de las muestras= 30 gramos, tiempo= 30 minutos. De los resultados obtenidos en

este ensayo se tomaron los rangos de temperatura que se utilizaran en el diseo

experimental para la etapa de calcinacin. Las muestras utilizadas para el

desarrollo de estas pruebas provienen de la muestra M2 tomada en la planta

industrial en INYESA Ltda.

Procedimiento de operacin para la determinacin de las temperaturas de calcinacin empleadas en el diseo experimental de esta etapa.

El procedimiento de operacin utilizado es similar al realizado para la

determinacin de los tiempos de calcinacin.

49

2.4.3 Etapa de molienda final. Los niveles de las variables a determinar en esta etapa son el tiempo de molienda,

dimetro de partcula y porcentaje de carga de bolas del molino. Las pruebas

preliminares de molienda final se desarrollaron en las siguientes fases:

2.4.3.1 Tiempo de molienda final. Para la seleccin de los niveles de esta variable, se observo el efecto que tiene el tiempo de molienda sobre la variable

respuesta: % peso de -200m (Tyler), utilizando diferentes tiempos de molienda en

progresin geomtricos (0, 1, 2, 4, 8 y 16 minutos) empleando una muestra de

mineral (M3) cuya distribucin granulomtrica se encuentra en el anexo D. Se

mantuvieron constantes parmetros como carga de bolas= 7% del volumen total

del molino (distribucin de bolas ver Anexo B) debido a que este valor

corresponde al promedio de las cargas de bolas empleadas en el diseo

experimental de las etapas de conminucin, peso de las muestras= 200 gramos y

rpm del molino= 1725.

De los resultados obtenidos se tomaron los tiempos que se utilizaran para el

diseo experimental en la etapa de molienda final. Los ensayos se realizaron el un molino de bolas (ver figura 15), ubicado en la planta de aceros de la Universidad

Industrial de Santander.

Procedimiento de operacin para la determinacin de los tiempos de remolienda empleados en el diseo experimental de esta etapa.

El proceso de operacin utilizado en esta etapa se realizo de manera anloga que

para la etapa de molienda. Para analizar el comportamiento de la variable

respuesta se realiz un anlisis granulomtrico de la muestra final, utilizando

nicamente la malla 200m (Tyler) con el fin de determinar la cantidad de mineral

retenido y pasante en dicha malla. Solo se empleo una malla teniendo en cuenta

las condiciones operativas y econmicas de la empresa, en donde no existe la

50

posibilidad de adquirir una serie de tamices ni tampoco un Rotap para realizar un

anlisis granulomtrico detallado del producto de molienda. Posteriormente se

realizo un anlisis a los resultados obtenidos.


D). Este se realiz con muestras de 200 gramos y se utilizo el Rotap y serie de


100m, 140m y 200m (Ver figura 14) ubicado en la planta de aceros de la UIS,

siguiendo las recomendaciones dadas por la norma ASTM D422.7

2.4.3.3 Carga de bolas. La seleccin de los niveles para esta variable, se realizo basndose en la bibliografa estudiada, la cual recomienda que las bolas

empleadas no sean de un dimetro nico sino que correspondan a una familia de

dimetros de las bolas. Adems se tuvo en cuenta los dimetros de bolas

disponibles en el laboratorio para el desarrollo de las pruebas preliminares y el

diseo experimental.

2.5 DESARROLLO DEL DISEO EXPERIMENTAL PARA LAS ETAPAS DE MOLIENDA, CALCINACION Y MOLIENDA FINAL.

El diseo experimental permite planificar las actividades a desarrollar,

obtenindose de este modo la informacin necesaria en un nmero de

experimentos ahorrando costos y tiempo. El diseo experimental est

caracterizado por la manipulacin de una o ms variables, a las cuales se les

asignan valores para generar cambios en las variables dependientes, para luego

medir el efecto que este valor ejerce sobre la variable dependiente. Debido a que

la observacin del efecto se realiza con la medicin de la variable dependiente,

51

esta debe ser vlida y confiable, para asegurar resultados que permitan un

posterior anlisis.

Finalmente, en el desarrollo experimental debe existir control o validez interna

dentro de la situacin experimental, es decir, controlar la influencia de otras

variables extraas en las variables dependientes, para poder determinar realmente

si las variables independientes tienen o no efecto sobre las dependientes.

Seleccin de variables: La importancia de realizar la seleccin de variables en el diseo experimental

radica en que en esta etapa es posible establecer las variables que se desean

evaluar, conocer de que tipo son y de acuerdo con esto, asignar el nivel que tiene

cada una de ellas. En el presente estudio se pretende utilizar un sistema

multivariable el cual cuenta con dos tipos de variables: de entrada y salida.

2.5.1 Variables de entrada Son aquellas variables conocidas como independientes dentro del sistema y

afectan el comportamiento de la variable dependiente o de salida. Sobre este tipo

de variables se asignan los niveles, los cuales tendran un efecto sobre la variable

de salida.

En este estudio se definieron 3 variables de entrada en cada una de las etapas

analizadas: molienda, calcinacin y molienda final. De acuerdo con los resultados

arrojados en las pruebas preliminares se le asignaron 2 niveles a cada una de

ellas. Las variables escogidas en cada etapa son:

Etapa de Molienda:

Intervalo de tamaos de partcula (Malla Tyler) Tiempo (min)

52

Carga de bolas (%) Etapa de Calcinacin:

Intervalo de tamaos de partcula (Malla Tyler) Tiempo (min) Temperatura (C)

Etapa de molienda final:

Intervalo de tamaos de partcula (Malla Tyler) Tiempo (min) Carga de bolas (%).

2.5.2 Variables de salida Son las variables dependientes y su valor depender del nivel asigando a las

variables independientes.Para cada una de las etapas del proceso de beneficio de

yeso estudiadas se defini la variable respuesta o de salida.

Etapa de Molienda: % Peso de -100m (Tyler)

Etapa de Calcinacin: %SO3

Etapa de molienda final

% Peso de -200m (Tyler)

La seleccin de la variable de salida para la etapa de molienda se realiz teniendo

en cuenta que debe obtenerse un tamao adecuado para la siguiente etapa que

corresponde a la calcinacin del mineral.

Para la etapa de calcinacin un adecuado porcentaje de SO3 garantiza las

propiedades necesarias para los fines comerciales del mineral.

53

Para la etapa de molienda final, es necesario obtener una finura suficiente

representada por el porcentaje en peso pasante de mineral en la Malla Tyler

N200 con el fin de alcanzar requerimientos comerciales del producto.

2.5.3 Condiciones operativas constantes diseo experimental Durante el desarrollo del diseo experimemental para las etapas de molienda,

calcinacin y molienda final se mantuvieron constantes algunas variables teniendo

en cuenta los requerimientos de cada una de estas etapas. Para las etapas de

molienda y remoleinda se mantuvieron constantes parametros como peso de la

muestra=200 gramos, el equipo utilizado y las condiciones operativas del mismo.

En la etapa de calcinacion solo se mantuvo constante el peso de las muestras: 30

gramos.

En el presente estudio se utiliza un diseo de experimentos correspondiente al

factorial 2n ,donde la base 2 concierne al nivel que toma cada una de las variables

independientes y n al nmero de variables independientes, por lo anterior cada

etapa a estudiar utiliza un diseo factorial de 23. Este diseo permite estudiar el

comportamiento de las variables de salida con respecto al cambio en las variables

de entrada en cada una de las etapas estudiadas, asignando posibles

combinaciones que incluyen todos los valores asigandos a las variables de

entrada.Los valores asigandos a cada una de las variables de entrada fueron

seleccionados a partir de las pruebas preliminares realizadas para cada etapa.

Este diseo arroja entonces un total de 8 experimentos para cada etapa, por lo

cual el nmero total de experimentos a realizar es de 24, repetiendo cada ensayo

una vez.

Los niveles de las variables independientes para las etapas de molienda,

remolienda y calcinacin se obtuvieron analizando los resultados obtenidos

durante las pruebas preliminares y las condiciones operativas empleadas en la

54

planta industrial. Los niveles seleccionados para las etapas de molienda,

calcinacin y remolienda se encuentran a continuacin:

ETAPA DE MOLIENDA.

Tabla 4. Variables y Niveles de variables independientes en la etapa de molienda.

Variable independiente Niveles

Ip Intervalo de tamaos de particula (Malla Tyler) -1/+10m -10m/ +35m

t Tiempo (minutos) 16 32

Cb Carga de Bolas (% del volumen total del molino)

J1= 10% J2 = 5%


Nota: Distribucin de carga de bolas J1 y J2 ver anexo B.

Tabla 5. Combinacin de variables para la etapa de molienda.

COMBINACIONESprueba

t %Cb Ip

MOL 01 32 J1 = 10 20

MOL 02 16 J2 = 5 10

MOL 03 32 J2= 5 10

MOL 04 32 J2 = 5 20

MOL 05 16 J1 = 10 20

MOL 06 16 J1 = 10 10

MOL 07 32 J1 = 10 10

MOL 08 16 J2 = 5 20 Fuente: Autores del proyecto

55

ETAPA DE MOLIENDA FINAL.

Tabla 6. Variables y Niveles de variables independientes en la etapa de molienda final.


Ip Intervalo de tamaos de particula (Malla Tyler) -35m/+140m -10m/+35m


Cb Carga de Bolas (% del volumen total del molino)

J1 = 10% J2 =5%


Tabla 7. Combinacin de variables para la etapa de molienda final.

COMBINACIONESprueba

T %Cb Ip

REM 01 4 J1 = 10 20

REM 02 4 J2 = 5 20

REM 03 4 J1 = 10 100

REM 04 8 J2 = 5 20

REM 05 8 J2 = 5 100

REM 06 4 J2 = 5 100

REM 07 8 J1 = 10 100

REM 08 8 J1 = 10 20 Fuente: Autores del proyecto

56

ETAPA DE CALCINACIN

Tabla 8. Variables y Niveles de variables independientes en la etapa de calcinacin.


Ip Intervalo de tamaos de particula (Malla Tyler) -35m/+140m -10m/+35m


T Temperatura (C) 110 140 Fuente: Autores del proyecto

Tabla 9. Combinacin de variables para la etapa de calcinacin.

COMBINACIONESprueba

T t Ip

CAL 01 140 20 100

CAL 02 140 40 100

CAL 03 110 20 100

CAL 04 140 40 20

CAL 05 110 40 100

CAL 06 110 20 20

CAL 07 140 20 20

CAL 08 110 40 20 Fuente: Autores del proyecto

2.5.4 Anlisis de resultados del diseo experimental. El anlisis de resultados se realizar con la ayuda del paquete estadstico

STATGRAPHICS el cual permite obtener graficas y diagramas, que permiten

analizar el efecto de las variables independientes sobre la variable respuesta.

57

Adems se generar una ecuacin emprica que permite obtener los niveles ms

favorables de las variables para el efecto deseado sobre la variable respuesta.

2.6. PROPUESTA PARA EL PROCESO DE BENEFICIO DE MINERALES DE YESO.

De acuerdo con los valores obtenidos en el diseo experimental, se seleccionaran

los niveles de las variables independientes a los cuales se observen los mejores

resultados para la variable respuesta para cada una de las etapas.

Posteriormente se llevar a cabo un proceso de beneficio de minerales de yeso a

nivel de laboratorio incluyendo todas las etapas. Una vez finalizado se analizar el

comportamiento del mineral en todos los puntos de muestreo del circuito, con lo

que se elaborar un diseo bsico de planta para el proceso de beneficio de

minerales de yeso. La ubicacin y denominacin respectiva de las muestras

tomadas para el desarrollo de esta propuesta se encuentran en la figura 17.

Figura 17. Propuesta para el circuito de produccin de yeso y puntos donde se realiz el muestreo.


58

3. RESULTADOS EXPERIMENTALES

3.1 CARACTERIZACIN DEL MINERAL. 3.1.1 Determinacin del porcentaje de SO3 en las muestras tomadas en la planta industrial INYESA Ltda.

Este anlisis se realiz mediante la determinacin del porcentaje de SO3 (Ver

anexo A) a cada una de las muestras tomadas en la planta industrial, repitiendo

cada ensayo una vez. Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 10.

Tabla 10. Porcentaje de SO3 para las muestras tomadas en la planta industrial.

REPETICIONES Muestra

%SO3 (1)

%SO3 (2)

%SO3 (Promedio)

M1 42,817 43,977 43,397

M2 46,850 45,390 46,120

M3 49,130 50,510 49,820

M4 49,130 50,510 49,820 Fuente: Autores del proyecto

Los resultados obtenidos para las muestras M3 y M4 no tienen variacin en el

%SO3 porque no ocurre ninguna transformacin qumica; solo hay una reduccin

en el tamao de partcula de mineral.

59

3.1.2 Determinacin de la distribucin granulomtrica de las muestras tomadas la planta industrial INYESA Ltda. Los resultados obtenidos para al anlisis granulomtrico de cada una de las

muestras tomadas en la planta industrial se muestran a continuacin. La

distribucin granulomtrica correspondiente a las muestras M1, M2, M3 y M4 se

encuentran en los anexos C, D, E respectivamente.

Muestra M1. Distribucin granulomtrica (Ver figura 18, anexo C)

Figura 18. Distribucin Granulomtrica de la muestra M1.


Para la distribucin granulomtrica representada por la figura 18 el d80

corresponde a un tamao de partcula de 4,3040 cm.

Muestra M2 y M3. Distribucin granulomtrica (Ver figura 19, anexo D)

60

Figura 19. Distribucin Granulomtrica de la muestra M2 y M3



corresponde a un tamao de partcula de 1211 m.

Muestra M4. Distribucin granulomtrica (Ver figura 20, anexo E)

Figura 20. Distribucin granulomtrica muestra M4



corresponde a un tamao de partcula de 142,5 m.

61

3.2 BALANCE DE MATERIALES DEL PROCESO ACTUAL EN LA PLANTA INDUSTRIAL INYESA Ltda.

El estudio realizado a las muestras tomadas en la planta industrial permiti

obtener el diseo bsico de planta que describe el proceso actual de produccin

en INYESA Ltda (Ver figura 21).

62

Figura 21. Diseo bsico de planta del proceso actual de beneficio de minerales de yeso INYESA Ltda


La figura 21 muestra el proceso de produccin actual en INYESA Ltda.

El mineral extrado de la mina inicia el proceso con un %SO3 de 43,397 y un d80 de

4,3040 cm. Durante el proceso de secado ocurre un aumento de %SO3 hasta

46,120% sin cambios en el tamao de partcula del mineral. Posteriormente ocurre

63

la primera etapa de reduccin de tamao donde obtiene un radio de reduccin

(R80) que corresponde a la relacin entre el d80 de alimentacin y el d80 de salida

de 35,45. Una vez obtenido un tamao adecuado despus de la molienda el

mineral ingresa al horno de calcinacin en donde ocurre la reaccin de

deshidratacin alcanzando un %SO3 de 49,820. Para dar el tamao final al

producto ingresa a una segunda etapa de molienda en donde se obtiene un radio

de reduccin (R80) de 8,59. El producto final sale al mercado con un d80 de

142,5m y un %SO3 de 49,820.

Para el balance de materiales del proceso se tuvieron en cuenta todas las

perdidas por emisin en todas las etapas del proceso (Ver tabla 3) y tambin las

prdidas producidas por la accin del calor en las etapas de secado y calcinacin

del mineral.

Los resultados obtenidos para las perdidas por la accin del calor en la etapa de

secado se obtuvieron en el laboratorio simulando condiciones operativas

(tiempo=15 minutos, temperatura = 130C), obtenindose una prdida de peso de

mineral de 10,8%.

Para la etapa de calcinacin los resultados de las perdidas por la accin del calor

se obtuvieron en el laboratorio simulando condiciones operativas

(tiempo=45minutos, temperatura = 150C), obtenindose una prdida de peso de

mineral de 3,7%.

Teniendo en cuenta lo anterior, la eficiencia del proceso es de 85,69 %.

64

3.3 DETERMINACION DE LOS NIVELES DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES PARA LAS ETAPAS DE MOLIENDA, CALCINACION Y MOLINDA FINAL A PARTIR DE LAS PRUEBAS PRELIMINARES.

Se realiz un anlisis de los resultados obtenidos en las pruebas preliminares en

cada una de las etapas a estudiar y de acuerdo con lo anterior se seleccionaron

los niveles a utilizar en el diseo experimental.

3.3.1 Etapa de molienda

Los niveles de las variables determinadas fueron el tiempo de molienda, intervalo

de tamaos de partcula y carga de bolas.

Tiempo. Tomando como base de anlisis la tabla 11 y figura 22, es posible afirmar que el

porcentaje de mineral pasante de la malla 100m (Tyler), aumenta de manera

proporcional con el tiempo de molienda. Se observ un aumento significativo en la

pendiente de la grfica obtenida para los tiempos de molienda. La seleccin de los

niveles de esta variable se realiz teniendo en cuenta las condiciones operativas

manejadas en la empresa y observando el comportamiento mostrado en la figura

22 para los tiempos de molienda de 16 y 32 minutos en donde se obtienen

tamaos adecuados para la etapa posterior del proceso. No se tuvieron en cuenta

tiempos mayores de molienda con el fin de no generar costos adicionales en el

proceso productivo de la empresa.

65

Tabla 11. Peso y porcentaje de mineral retenido y pasante de la malla 100m (Tyler)

Tiempo de molienda(minutos)

Peso mineral pasante (gr)

Peso mineral retenido (gr)

% Peso (-100m)

0 11,86 188,14 5,93 1 23,26 176,74 11,63 2 27,84 172,16 13,92 4 34,14 165,86 17,07 8 46,36 153,64 23,18 16 60,82 139,18 30,41 32 85,42 114,58 42,71


Figura 22. Variacin del porcentaje de mineral pasante en la malla 100m (Tyler) respecto al tiempo de molienda.


Intervalo de tamaos de partcula. De acuerdo con distribucin granulomtrica obtenida para la muestra M1 (ver

anexo C) y la figura 18 se escogieron los intervalos de tamaos de partculas

empleados en el diseo experimental de esta etapa los cuales corresponden a (1/

10mallas) y (-10mallas/35mallas) donde el primer rango representa los tamaos

ms grandes dentro de la distribucin granulomtrica y el segundo los ms finos.

Carga de bolas.

66

Para el desarrollo del diseo experimental se tomaron dos distribuciones de bolas,

para lo cual se combinaron los 3 diferentes dimetros de bolas disponibles:

1,93cm, 2,60cm y 3,68 cm. La primera distribucin denominada J1 (Ver anexo B) corresponde al 10% del volumen total del molino y contiene en su mayora bolas

del mayor dimetro utilizado. La segunda distribucin denominada J2 (Ver anexo

B) corresponde al 5% del volumen total del molino y contiene en su mayora bolas

del menor dimetro utilizado. Estas distribuciones se utilizaron con el fin de

observar el efecto del dimetro de las bolas empleadas sobre los intervalos de

tamaos de partcula en el mineral obtenido luego del proceso de conminucin.

3.3.2 Etapa de calcinacin Los niveles de las variables determinadas son el tiempo, temperatura e intervalo

de tamaos de partcula de mineral.

Tiempo. La figura 23 y la tabla 12 representan la variacin del porcentaje de SO3 obtenido

en una muestra de yeso como funcin del tiempo de calcinacin a una

temperatura constante dada (110C). El comportamiento describe una relacin

directa del %SO3 con el tiempo de calcinacin, por lo anterior y teniendo en cuenta

los intervalos de tiempo manejados en la planta industrial se seleccionaron

tiempos entre 20 y 40 minutos con el fin de no generar costos adicionales en el

proceso productivo.

67

Tabla 12. Porcentaje de SO3 obtenido en el mineral despus de calcinacin a diferentes tiempos. (T=110C).

Prueba N Tiempo (min) %SO3

1 0 43.397

2 20 45.53

3 30 46.10

4 40 46.60

5 50 48.10 Fuente: Autores del proyecto

Figura 23. Porcentaje de SO3 Vs. Tiempo de Calcinacin (T= 110C)


Temperatura De acuerdo con los resultados mostrados en la tabla 13 y figura 24, se analiz el

comportamiento del %SO3 como funcin de la temperatura de operacin. La

seleccin de la temperaturas a utilizar en el diseo experimental se realiz

teniendo en cuenta las condiciones operativas de la empresa, los requerimientos

en el %SO3 del producto para su fin comercial que corresponde a %SO346,

temperaturas que permitan la reaccion de deshidratacion del mineral y finalmente

no generar costos adicionales en el proceso productivo. De acuerdo con lo

anterior, las temperaturas empleadas para el diseo experimental de esta etapa

son 110 y 140 C.

68

Tabla 13. Porcentaje de SO3 obtenido en el mineral despus de calcinacin a diferentes temperaturas. (30 minutos).

Prueba N

Temperatura (C)

%SO3

1 25 43.3972 100 45.89 3 120 46.20 4 140 46.94


Figura 24. Porcentaje de SO3 Vs. Temperatura de Calcinacin (t= 30 min).



anexo D) y la figura 19 se escogieron los intervalos de tamaos de partculas

empleados en el diseo experimental de esta etapa los cuales corresponden a (-

10m/+35mallas) y (-35mallas/+140mallas) donde el primer rango representa los

tamaos ms grandes dentro de la distribucin granulomtrica y el segundo los

ms finos.

3.3.3 Etapa de molienda final Los niveles de las variables determinadas fueron el tiempo de remolienda,

intervalo de tamaos de partcula y % carga de bolas.

69

Tiempo. Tomando como base de anlisis la tabla 14 y figura 25, es posible afirmar que el

porcentaje de mineral pasante de la malla 200m (Tyler), aumenta de manera

proporcional con el tiempo de molienda. Se observ un aumento significativo en la

pendiente de la grfica obtenida para los primeros tiempos de molienda. La

seleccin de los niveles de esta variable se realiz teniendo en cuenta las

condiciones operativas manejadas en la empresa y de acuerdo con el

comportamiento mostrado en la figura 25 donde se obtienen tamaos adecuados

para el empacado del producto final. Se tomaron tiempos de 4 y 8 minutos con el

fin de garantizar la finura adecuada del producto final de acuerdo con los

requerimientos comerciales del mismo.

Tabla 14. Peso y porcentaje de mineral retenido y pasante de la malla 200m Tyler

TIEMPO DE MOLIENDA

PESO PASANTE (gr)

PESO RETENIDO (gr)

% Peso (-200m)

0 27.84 172.16 13.92 1 33.7 166.3 16.85 2 55.76 144.24 27.88 4 97.22 102.78 48.61 8 100.26 99.74 50.13 16 96.2 96.2 51.9


70

Figura 25. Variacin del porcentaje de mineral pasante en malla 200m Tyler respecto al tiempo de molienda



anexo D) y la figura 19 se escogieron los intervalos de tamaos de partculas

empleados en el diseo experimental de esta etapa los cuales corresponden a

(-10m/+35mallas) y (-35mallas/+140mallas) donde el primer rango representa los

tamaos ms grandes dentro de la distribucin granulomtrica y el segundo los

ms finos.

Carga de bolas. Para el desarrollo del diseo experimental se tomaron dos distribuciones de bolas,

para lo cual se combinaron los 3 diferentes dimetros de bolas disponibles:

1,93cm, 2,60cm y 3,68 cm. La primera distribucin denominada J1 (Ver anexo B) corresponde al 10% del volumen total del molino y contiene en su mayora bolas

del mayor dimetro utilizado. La segunda distribucin denominada J2 (Ver anexo

B) corresponde al 5% del volumen total del molino y contiene en su mayora bolas

del menor dimetro utilizado. Estas distribuciones se utilizaron con el fin de

observar el efecto del dimetro de las bolas empleadas sobre los intervalos de

tamaos de partcula en el mineral obtenido luego del proceso de conminucin.

71

3.4 RESULTADOS DEL DISEO EXPERIMENTAL EN PRUEBAS DE LABORATORIO.

El anlisis de los resultados obtenidos para las etapas de molienda, calcinacin y

remolienda se realiz con ayuda del paquete estadistico STATGRAPHICS,con el

cual se observ el comportamiento de la variable respuesta de cada una de las

etapas estudiadas a diferentes condiciones operativas.

3.4.1 Etapa de molienda Las combinaciones correpondientes para cada una de las pruebas realizadas y los

niveles de las variables utilizadas en cada caso se encuentran en la tabla 5 y

tabla 4 respectivamente. Los resultados obtenidos para el porcentaje de mineral pasante en la malla 100m (Tyler) se encuentran en la tabla 15.

Tabla 15. % Peso (-100m) obtenido en la etapa de molienda.

REPETICIONES PRUEBA % Peso (-100m)

(1) % Peso (-100m)

(2)

MEDIA

% Peso (-100m)

MOL 01 49,35 47,41 48,38 MOL 02 32,56 30,92 31,74 MOL 03 55,24 53,12 54,18 MOL 04 50,56 48,71 49,64 MOL 05 40,15 38,78 39,47 MOL 06 45,63 44,18 44,91 MOL 07 60,14 63,21 61,68 MOL 08 35,98 38,23 37,11


En la tabla 15 se observa que los mejores resultados para la variable de respuesta

% peso (-100m) se obtuvieron cuando se utiliz el mayor tiempo de molienda y

mayor dimetro de partcula para las diferentes cargas de bolas. Los resultados

72

menos favorables se obtienen bajo menores condiciones de tiempo y carga de

bolas J2 = 5%.

Anlisis estadstico de los resultados obtenidos en la etapa de molienda. Una vez obtenidos los resultados para el porcentaje en peso de mineral pasante

de la malla Tyler N100m, se realiz un anlisis de resultados con ayuda del

paquete estadistico Statgraphics, el cual permiti obtener una ecuacin emprica

que representa la influencia de las variables independientes seleccionadas sobre

la variable de salida.

La figura 26 representa el mapa de Pareto estandarizado para el % peso (-100m).

Esta grafica permite observar la influencia de las variables independientes y la

sinergia entre ellas, sobre la variable de salida. La linea vertical en la grfica

representa el nivel de confiabilidad sobre el que se realizo el anlisis, de acuerdo

con lo anterior el efecto de las variables independientes o su sinergia, ser

significativo sobre la variable respuesta si se encuentra sobre el lado derecho de

dicha linea. Los signos + y representan el signo que antecede a cada coeficiente

(variable o sinergia de variales independientes) dentro del polinomio. La grfica

revela la influencia del tiempo,%carga de bolas e intevalo de tamaos de partcula

sobre el % peso (-100m). Adems se observa que tienen un efecto significativo

sobre la variable respuesta las sinergia entre:

carga de bolas e intervalo de tamaos de partcula (BC). tiempo e intervalo de tamaos de partcula (AC). tiempo y carga de bolas (AB).

73

Figura 26. Mapa de Pareto estandarizado para el % peso (-100m).

Mapa de Pareto para %peso (-100m)

0 4 8 12 16 20 24Standardized effect

AB

AC

C: Intervalo de tamaos de particula

BC

B:% carga de Bolas

A:Tiempo +-


La figura 27 muestra el diagrama de efectos principales sobre el %peso (-100m) para cada una de las variables independientes seleccionadas y su respectivo

nivel. En este caso el efecto principal ser para la lnea que tenga mayor

pendiente ya que de este modo se lograra la mayor cantidad de mineral pasante

en la malla 100m (Tyler). De acuerdo con lo anterior y teniendo en cuenta el

comportamiento mostrado por la figura, se puede afirmar entonces que las

condiciones ms adecuadas para este propsito son un tiempo de 32 minutos,

porcentaje de carga de bolas J1= 10% y intervalo de tamaos de partcula (-1/

+10m) que corresponden a los puntos en donde se observan los mayores valores

para la variable respuesta.

74

Figura 27. Diagrama de efectos principales para el %peso (-100m)

Diagrama de efectos principales para %peso (-100m)

%pe

so (-

100m

)

-1,0% carga de Bolas

1,0 1,038

42

46

50

54

Tiempo1,0 -1,0

Intervalo de tamaos de particula-1,0


Con los datos obtenidos experimentalmente y con la ayuda del paquete estadstico

se logr obtener la ecuacin emprica para el % peso (-100m), la cual se

encuentra a continuacin:

%Peso (- 100m) = 45,8856 + 7,58188*t + 2,72062*%Cb + 2,23938*Ip -

1,16063*t*% Cb + 2,22062*t*Ip + 2,44437*%Cb*Ip

Donde:

t: tiempo de molienda Ip: dimetro de partcula. %Cb: porcentaje de carga de bolas del molino. t*%Ib: sinergia entre tiempo y carga de bolas t*Ip: sinergia entre tiempo e intervalo de tamaos de partcula. Ip*%Cb: sinergia entre intervalo de tamaos de partcula y carga de bolas.

De acuerdo con el anlisis estadstico, todos los trminos son significativos dentro

de la ecuacin emprica y solo es vlida para los niveles asignados a cada variable

en las pruebas preliminares.

75

El anlisis estadstico tambin permite obtener los valores ptimos para obtener el

mayor porcentaje de mineral pasante de la malla 100m (Tyler), el valor ms alto

para el %peso (-100m) arrojado por el paquete estadstico corresponde a 61,9319.

La tabla 16 muestra las condiciones adecuadas para esta etapa.

Tabla 16. Valores adecuados para el %peso (-100m) en etapa de molienda.

Factor Bajo Alto Adecuado

Tiempo (minutos) 16 32 32

carga de Bolas J2= 5%

J1= 10% J1= 10%

Intervalo de tamaos de

partcula (Malla Tyler)

-10m/ +35m -1/+10m -1/+10m


3.4.2 Etapa de calcinacin

Las combinaciones correpondientes para cada una de las pruebas realizadas y los

niveles de las variables utilizadas en esta etapa se encuentran en la tabla 9 y

tabla 8 respectivamente. Los resultados obtenidos para el porcentaje de SO3 se encuentran en la tabla 17. En la figura 28 se observa una muestra de mineral

antes (izquierda) y despus (derecha) de la etapa de calcinacin.

76

Tabla 17. Porcentaje de SO3 obtenido en la etapa de calcinacin.

REPETICIONES PRUEBA

% SO3(1)

%SO3 (2)

MEDIA (%SO3)

CAL 01 47,55 46,90 47,23

CAL 02 48,83 50,50 49,67

CAL 03 46,67 46,78 46,73

CAL 04 48,80 48,10 48,45

CAL 05 46,75 47,34 47,05

CAL 06 45,53 45,61 45,57

CAL 07 47,76 46,15 46,96

CAL 08 46,23 46,33 46,28 Fuente: Autores del proyecto

Figura 28. Muestra de mineral antes y despus de la etapa de calcinacin.


En la tabla 17 se observa que los mejores resultados para la variable de respuesta

(%SO3) se obtuvieron cuando se utilizo el mayor tiempo de calcinacin y mayor

temperatura, obtenindose el mayor %SO3 para el intervalo de tamaos de

partcula ms fino. Los menores %SO3 se obtienen cuando se opera con la

temperatura ms baja y el intervalo de tamaos de partcula ms grueso, el menor

valor para el %SO3 se da para el menor tiempo de calcinacin utilizado.

77

Anlisis estadstico de los resultados obtenidos en la etapa de calcinacin.

Una vez obtenido los resultados para la variable respuesta (%SO3) en las

muestras analizadas,se realiz el mismo anlisis que en las etapas anteriores, con

ayuda de mismo paquete estadistico, con el fin de analizar el efecto de las

variables independintes escogidas sobre la variable respuesta. La figura 29

representa el mapa de Pareto estandarizado para el %SO3.

La figura revela la influencia significativa unicamente de las variables

independientes, mas no de la sinergia existente entre ellas sobre el %SO3.

Adems se observa que la variable que presenta el efecto mas significativo sobre

la variable respuesta es la temperatura, seguida del tiempo y finalmente el

intervalo de tamaos de partcula con el efecto menos significativo.Tambin se

observa que esta ultima variable tiene un efecto negativo sobre la variable

respuesta, por lo que se espera que para intervalos de tamaos de partcula

gruesos existan porcentajes de SO3 menores, comparado con los intervalos de

tamaos de partcula finos.

Figura 29. Mapa de pareto estandarizado para %SO3 en calcinacin

Mapa de Pareto para %SO3

0 1 2 3 4 5Standardized effect

AC

BC

AB

C:Intervalo de tamaos de particula

B:Tiempo

A:Temperatura +-


78

La figura 30 representa el diagrama de efectos principales sobre el porcentaje de

SO3 para cada una de las variables independientes seleccionadas y su respectivo

nivel. Debido a que se desea maximizar el %SO3, el efecto principal de las

variables analizadas, se encontrar en el punto donde se presente el mayor valor

para la variable respuesta. De acuerdo con lo anterior y teniendo en cuenta el

comportamiento mostrado por la figura, puede afirmarse entonces que los mejores

resultados se encuentran para condiciones de temperatura de 140C, tiempo de

40 minutos e intervalo de tamaos de partcula de (-35m/+140m).

Figura 30. Diagrama de efectos principales para %SO3 en calcinacin.

Diagrama de efectos principales para %SO3

46

46,4

46,8

47,2

47,6

48

48,4

%S

O3

Temperatura-1,0 1,0

Tiempo-1,0 1,0

Intervalo de tamaos de particula-1,0 1,0


La ecuacin emprica para el porcentaje de SO3, obtenida a partir de los datos

experimentales y con ayuda del paquete estadstico, se encuentra a continuacin:

%SO3 = 47, 2394 + 0, 834375*T+ 0, 620625*t - 0, 425625*Ip + 0, 363125*T*t +

0, 054375*T*Ip - 0, 069375*t*Ip

Donde:

t: tiempo de calcinacin.

79

Ip: intervalo de tamaos de p

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